Systematic mechanical characterization and micromechanical modelling of woven glass fibre reinforced laminates for PCB applications

Publikationen: Thesis / StudienabschlussarbeitMasterarbeit

Abstract

Da die Anwendung der Simulation, vor allem jene, der Finiten-Elemente-Methode, in der Leiterplattenindustrie immer mehr an Bedeutung gewinnt, strebt man nach möglichst realistischen Materialmodellen, um zuverlässige Ergebnisse generieren zu können. Dies ist notwendig, um anwendungsbezogene Ergebnisse abzuleiten. Mit der Zielsetzung etwaige Fehlermoden einer Leiterplatte zu identifizieren, werden virtuelle Torsionsversuche, Fallversuche und Thermische Wärme-Wechselversuche durchgeführt. Die neun temperaturabhängigen orthotropen Materialkonstanten der glasfaserverstärkten Laminat-Materialien haben einen wesentlichen Einfluss auf das Simulationsergebnis. Die vorliegende Masterarbeit befasst sich mit der Optimierung von konventionellen mechanischen Charakterisierungs-Methoden und mikromechanischen Methoden, um die neun orthotopen Konstanten zu bestimmen. Im experimentellen Teil der vorliegenden Studienarbeit wurden drei glasfaserverstärkte Epoxidharz Dielektrikum-Materialien und deren Matrix Harzsystem selbst ausgewählt. Die Laminate und Harzproben wurden in einem automatisierten Fräsverfahren hergestellt. Diese hergestellten Proben wurden im Anschluss systematisch mechanisch charakterisiert. Es folgte die Durchführung monotoner Zugversuche bei erhöhten Temperaturen und die Dynamisch Mechanische Analyse. Ferner wurde die temperaturabhängige Querkontraktionszahl näher untersucht. Der Einfluss der Probenvorbereitung wurde erforscht/analysiert, sowie die unterschiedlichen, gemessenen Modulergebnisse der oben genannten Methoden ebenfalls evaluiert. Um den volumetrischen Harzgehalt der untersuchten Laminate zu ermitteln, wurde die hydrostatische Wägung, sowie die thermogravimetrische Analyse durchgeführt. Es wurden Einheitszellen-Modelle mit den gemessenen Daten als Eingangsparameter in der Finite Elemente Umgebung generiert, um die orthotropen Konstanten im Mikromechanik-Teil zu bestimmen. Die Software Abaqus®/Standard wurde dafür genutzt. Den Einheitszellen wurden unterschiedliche Faserbündel-Geometrien und periodische Randbedingungen zugewiesen. Im Anschluss wurden die Ergebnisse des experimentellen und mikromechanischen Teiles miteinander verglichen, um die jeweiligen Potentiale der einzelnen Methoden zu evaluieren. Dabei konnte gezeigt werden, dass bei einer gründlich durchgeführten Probenvorbereitung der monotone Zugversuch und die Dynamisch Mechanische Analyse zuverlässige und vergleichbare Ergebnisse generieren. Aus einem experimentellen und numerischen Blickwinkel konnte gezeigt werden, dass die präsentierte Methode brauchbare Ergebnisse lieferte, um den Harzgehalt der Laminate mithilfe der thermogravimetrischen Analyse zu bestimmen. Die Charakterisierung der Querkontraktionszahl der dünnen Laminat-Proben in der Ebene, stellte sich als überaus anspruchsvoll heraus. Generell konnte gezeigt werden, dass die generierten experimentellen und numerischen Ergebnisse gut übereinstimmen.

Details

Titel in ÜbersetzungSystematische mechanische Charakterisierung und mikromechanische Modellierung von glasfaserverstärkten Laminaten für die Leiterplattenanwendung
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
Datum der Bewilligung19 Okt 2018
StatusVeröffentlicht - 2018